Elementos de percepción remota ¿Qué es percepción remota?
Es la ciencia (para algunos, arte o técnica) que permite observar y obtener información de nuestro planeta -desde el espacio-, sin estar en contacto con ella.
Imagen LANDSAT sobrepuesta a un modelo digital de elevación que muestra el relieve del volcán de Colima y zonas aledañas
La percepción remota o teledetección involucra varios elementos: a. b. c. d. e. f. g.
Fuente de energía o iluminación que que provea energía energía electromagnética electromagnética al objeto de interés. Atmósfera, ya que la energía interactúa con este elemento al viajar del sensor al objeto y viceversa. Objetos, dependiendo dependiendo de sus propiedades es la interacción o respuesta a la energía recibida y reflejada. Sensor remoto, que recoge y graba la radiación electromagnética reflejada o emitida por el objeto y la atmósfera. Este instrumento se monta en una plataforma llamada satélite. Transmisión, recepción recepción y procesamiento. procesamiento. La energía grabada por el sensor sensor se transmite transmite a una estación receptora, en donde los datos se procesan y son convertidos a imágenes digitales. Interpretación y análisis, análisis, consiste consiste en interpretar la imagen imagen para extraer extraer la información de los los objetos captados. Usuario final que le da una aplicación a la información extraída de las imágenes para un mejor conocimiento de los objetos de interés.
Diagrama de los elementos del proceso de percepción remota o teledetección
¿Qué es una imagen de satélite?
Es una representación visual de los datos reflejados por la superficie de la tierra que captura un sensor montado en un satélite artificial. Los datos son enviados a una estación terrena en donde se procesan y se convierten en imágenes, enriqueciendo nuestro conocimiento de las características de la Tierra en diferentes escalas espaciales.
Imagen LANDSAT del Volcán Ceboruco en Nayarit, formada por las bandas 1, 2 y 3
Las imágenes en formato ráster se componen de una matriz regular o rejilla de celdas. A cada una de ellas se le conoce como píxel y se le asigna un valor digital, que corresponde a la reflectividad recogida por el sensor.
Diagrama de la composición de una imagen sateli tal
Descripción de satélites y sensores Satélites Son naves espaciales que han sido diseñadas, fabricadas y enviadas al espacio para observar -desde una órbita- la Tierra, lunas, cometas, asteroides, planetas, estrellas e incluso galaxias.
Video del satélite TERRA. Autor: NASA
Los satélites recorren una órbita alrededor de la Tierra a diferentes alturas. Los de órbita baja, sobrevuelan en un rango de 200 a 1200 km. Tienen un período de rotación inferior al de la Tierra (entre 90 minutos y 5 horas), por lo que su posición relativa en el cielo cambia constantemente. Son idóneos para la detección de incendios, determinación de la biomasa, estudio de la capa de ozono, etc. Los satélites que tienen orbitan a 35875 o más kilómetros, emplean en su recorrido un periodo de tiempo similar al de la rotación de la Tierra, por lo que siempre permanecen fijos en el mismo punto. Son excelentes para estudios de meteorología.
Imagen animada que muestra las órbitas de algunos satélites de observación de la Tierra. Autor: Agencia Espacial Europea
Los satélites que observan la Tierra obtienen información diversa de:
Los recursos naturales El clima y los fenómenos meteorológicos Los oceános El crecimiento urbano La agricultura, ganadería, pesca y forestería El catastro Los desastres naturales, y la seguridad nacional, entre otros temas Video de algunas aplicaciones de las imágenes de satélite.
Orbitas más comunes
Imagen animada que muestra la órbita geoestacionaria de los satélites. Autor: Centro Nacional de Información y de Comunicación Educativa. Ministerio de Educación del gobierno de España
Geoestacionaria El satélite permanece inmóvil sobre un determinado punto de nuestro planeta. Realiza una vuelta alrededor de la Tierra al mismo tiempo que éste efectúa una rotación completa alrededor de su propio eje; por ejemplo: los satélites de comunicaciones y los meteorológicos.
Polar
El satélite pasa por encima de los polos de nuestro planeta o muy cerca de ellos; por ejemplo: los satélites de observación de la Tierra.
Imagen animada que muestra la órbita polar de los satélites. Autor: Centro Nacional de Información y de Comunicación Educativa. Ministerio de Educación del gobierno de España
Clasificación Satélites de teledetección más comunes:
1. 2. 3. 4.
Satélites de recursos naturales (Landsat y SPOT) Meteorológicos (GOES, NOAA, Seawifs y MODIS) Satélites de alta resolución (Ikonos, Quickbird, Geoeye, WorldView) Equipos rádar (ERS, Envisat y Radarsat)
Imagen animada del satélite GOES12 que muestra el vapor de agua presente en la atmósfera el 14 de septiembre de 2010. Fuente CICESE, La Paz, B.C.S.
Imagen de la constelación de los satélites RapidEye. Autor: Rmatt. Fuente: Wikipedia
Sensores Son dispositivos instalados en las plataformas de los satélites destinados a captar la energía electromagnética, reflejada o emitida, por los objetos de la superficie terrestre observados. Existen 2 tipos de sensores, según el tipo de energía detectada:
Imagen animada de un sensor pasivo y activo. Autor: Centro Canadiense de Teledetección (CCRS)
Pasivos
Aquéllos que registran datos utilizando una fuente externa, por ejemplo el sol.
Imagen de un sensor pasivo
Activos
Requieren de una fuente interna de energía que dispara una señal hacia la superficie terrestre. La fracción de radiación que regresa es medida y proporciona información de los objetos observados. Son sensores activos microondas, radar y láser.
Imagen de un sensor activo
Los tipos de resolución
Resolución Espacial Es el objeto más pequeño que se puede distinguir en una imagen y se le conoce como pixel. La resolución espacial está determinada por el tamaño del pixel, medido en metros sobre el terreno, esto depende de la altura del sensor con respecto a la Tierra, el ángulo de visión, la velocidad de escaneo y las características ópticas del sensor. Imagen LANDSAT de la ci udad de Cancún con 30m. de resolución espacial, formada con las bandas 1, 2 y 3
Imagen SPOT de la ciudad de Cancún con 15m. de resolución espacial
Imagen Quickbird de la ciudad de Cancún con 0.60cm. de resolución espacial
Diagrama que muestra el tamaño de pi xel de imágenes pancromáticas y multiespectrales de los satélites SPOT y LANDSAT
La resolución espectral se refiere al número y ancho de las bandas espectrales registradas po r un sensor.
Resolución Espectral Se refiere al número y ancho de bandas espectrales que puede captar un sensor. Cuanto más estrechas sean estas bandas mayor será la resolución espectral. Si el sensor tiene la capacidad de registrar radiación electromagnética en varias longitudes de onda, se dice que es multiespectral. Si es capaz de registrar información en cientos de bandas se le llama hiperespectral. Imagen hiperespectral del sensor MASTER que muestra la Isla San Luis Gonzaga. Fuente: Laboratorio de Cartografía. CICESE
Espectro Electromagnético Es el conjunto de todos los tipos de radiación electromagnética, organizado por bandas. Cada tipo de radiación tiene una frecuencia y longitud de onda que la caracteriza. El espectro abarca: los rayos gamma, los rayos x, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las ondas de radio.
Diagrama del espectro electromagnético. Autor o F uente:
Los sistemas de percepción remota están usualmente diseñados para captar imágenes en determinados rangos de longitudes de onda denominados bandas o canales. Dependiendo de la aplicación pueden seleccionarse sensores con bandas relativamente estrechas o anchas.
Diagrama del concepto de bandas de una imagen satelital. Fuente:
Las bandas en las imágenes se combinan para obtener información de la superficie de la tierra o de la atmósfera y para resaltar algunos rasgos de interés. Entre las bandas más utilizadas están el azul, verde y rojo que conforman la luz visible, el infrarrojo cercano, el infrarrojo medio, el infrarrojo lejano o térmico y las microondas.
Diagrama de la combinación de las bandas 2, 3 y 4 de una imagen LANDSAT, para resaltar el suelo
Resolución Radiométrica Se refiere a la sensibilidad del sensor y se mide por la cantidad de niveles de color en que se divide la radiación recibida, para ser almacenada y procesada posteriormente. Por ejemplo Landsat MSS tiene una resolución espectral de 128 niveles de gris en las bandas 4 a 7, mientras que en Landsat TM es de 256. Esto significa que este último tiene una mejor resolución y pueden distinguirse mejor las pequeñas diferencias de radiación.
Una sensibilidad de 1 BIT nos da imágenes en blanco y negro, sin tonos de grises
Una sensibilidad de un Byte u 8 bits nos da 256 tonos de gris del negro al blanco
Una sensibilidad de 2 Byte u 16 bits nos da 524 tonos de color, a partir de la combinación de los colores primarios azul, amarillo y rojo.
Resolución Temporal Es la frecuencia de paso del satélite por un mismo punto de la superficie terrestre; es decir el tiempo que tarda en pasar por la misma zona de la Tierra. Este tipo de resolución depende básicamente de las características de la órbita; por ejem: SPOT permite un ciclo de repetición de entre 3 y 26 días.
Película que muestra crecimientos urbanos en la ciudad de Aguascalientes, de importancia para estudios multitemporales
Imágenes LANDSAT de 1976, 1983, 1992 y 2010 que muestran cambios importantes en el nivel del agua en el Lago de Pátzcuaro, Michoacán
Procesamiento digital Se le denomina al proceso con el cual la información digital de imágenes es transformada, mejorada o corregida mediante herramientas de software especializadas. Son ejemplos de procesamiento: la georreferencia, la ortorrectificación, el filtrado, mosaiqueo y clasificación, entre otros.
Georreferencia Se refiere a la localización de un objeto espacial (representado mediante punto, vector, área, volumen), en un sistema de coordenadas y datum determinado.
Imagen SPOT que muestra la ubicación de rasgos con coordenadas conocidas para dar referencia en una proyección y datúm
Imagen SPOT georreferida que muestra desfases en relación con vectores de vías de comunicación
Ortorrectificación Es el método que permite corregir las distorsiones globales y locales de una imagen para ajustarla a las características del sensor, la posición del satélite y los detalles del terreno.
Diagrama que muestra el proceso de c orrección geométrica conocido Imagen que muestran la mayor exactitud del proceso de ortorrectificación como Ortorrectificación en comparación con el de georreferencia
Mosaiqueo Proceso mediante el cual se unen de dos a más imágenes y forman una u nidad.
Imagen SPOT pancromática con contraste y brillo
Mosaico de imágenes SPOT pancromáticas
Imagen SPOT pancromática sin brillo y contraste
Balanceo Proceso mediante el cual se homogenizan los tonos, brillo y contraste de dos a más imágenes para formar una imagen homogénea.
Antes
Imágenes SPOT pancromáticas antes del balanceo, sin unificación de tonos
Después
Imágenes SPOT balanceadas con tonos uniformes
Usos y aplicaciones ESTUDIOS GLOBALES Monitoreo del deshielo de la gran placa Wilkins en la Península Antártica.
Imagen de la ubicación de la plataforma Wilkins en la península Antártica. Fuente: ESA
Imagen de la plataforma Wilkins del 23 de febrero de 2009. Fuente:http://www.madrimasd.org
Un estudio realizado por la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos en 2002 afirmó que: "Debido a que las temperaturas en la Península Antártica se están incrementando de manera significativa, la presencia de agua fundida proveniente de los glaciares jugará un papel muy importante en estos frágiles ecosistemas". La plataforma glacial Wilkins parece ser la más firme candidata a desaparecer próximamente. Antes este riesgo, el satélite Envisat de la Agencia Espacial Alemana (ESA) ha venido observando la zona diariamente. Las imágenes tomadas se procesan inmediatamente para analizar la evolución de esta placa de hielo. El 25 de marzo de 2008 se detectó el desprendimiento de 405 km². Se descubrió además que el resto de los 14,000 km² se estaban empezando a separar del continente; lo que quedaba estaba unido a la isla Charcot por un fino istmo de hielo. Finalmente, el 5 de abril de 2009, se confirmó el desprendimiento total de la plataforma Wilkins.
Imagen Envisat del 27 de Abril de 2009 sobrepuesta a una imagen del 24 de Abril de 2009. Las márgenes del puente de hielo que conecta a las islas Charcot y Latady aparecen marcadas con líneas blancas. Credits: ESA (Annotations by A. Humbert, Münster University)
Animaciones que muestran imágenes de radar de la gran placa de hielo Wilkins de 2008 a 2009. Se incluyen eventos sucesivos de ruptura: en Febrero, Mayo y Julio de 2008 y recientemente en Abril de 2009. Este evento fue seguido de un colapso del puente de hielo que unía a la isla Charlot con la Antártida. Durante este suceso se removieron 330 km cuadrados de hielo y nuevas grietas se formaron en el resto de esta placa en los días subsiguientes. Credits: ESA
ESTUDIOS REGIONALES Atención a desastres: Tsunami en Asia en 2004
El tsunami fue provocado por un terremoto submarino el 26 de diciembre de 2004, tuvo su epicentro frente a la costa oeste de Sumatra, Indonesia. El maremoto afectó los países arriba mencionados y tuvo un impacto devastador en gran parte del sur y sureste de Asia. Fuente: uusc
Imagen de la ciudad de Aceh después de las inundaciones provocadas por este fenómeno. Fuente. Enciclopedia Británica Online. Web
Animación que muestra el epicentro del tsunami. Fuente:http://www.intersur.com.ar
El terremoto, con epicentro a unos 320 km al oeste de Medan, frente a la costa occidental de la isla de Sumatra, en Indonesia, desplazó cientos de kilómetros cúbicos de agua. El movimiento causó una serie de olas concéntricas que agravaron su potencia a medida que se acercaban a las costas y la profundidad marina se reducía. Los países más afectados fueron Indonesia, Sri Lanka, la India y Tailandia, pero lugares tan alejados como Kenia y Tanzania, en África, también sufrieron pérdidas humanas y materiales. Ante esta catástrofe el International Charter on Space and Major Disasters, una organización de alcance mundial, solicitó fotografías que ayudarán en los esfuerzos por remediar en lo posible lo sucedido. Las imágenes ofrecidas por los satélites, de antes y después de la tragedia, aportan numerosa información sobre las zonas más afectadas y el alcance de lo ocurrido en cada lugar. Entre los miembros de la citada organización se encuentran los que forman la Agencia Espacial Europea, Argentina, Canadá, la India, Japón y los Estados Unidos.
Imagen Spot 2 de la región de Banda Aceh, Sumatra, Indonesia que muestra la amplitud de las zonas inundadas. Fuente : Macres, Malasia.
Imágenes Spot 5 de la región de Aceh, Sumatra, Indonesia. Al comparar la imagen del 8 de diciembre de 2004 (izquierda) con la imagen de 29 de diciembre de 2004 (derecha), se observa la amplitud de la zona afectada por el maremoto en color magenta en esta última. Fuente: CRISP Singapur
ESTUDIOS REGIONALES Derrame petrolero en el Golfo de México
Imagen de la plataforma Deepwater Horizon después de la explosión, captada el 21 de Abril de 2010. Fuente: US Coast Guard - 100421-G-XXXXLDeepwater Horizon fire
Imagen del derrame petrolero que afecta l os pantanos de Luisiana. Fuente: http://www.correodelorinoco.gob.ve
Deepwater Horizon fue construida en el año 2001 con el propósito de perforar pozos petrolíferos en el subsuelo marino, trasladándose de un lugar a otro conforme se requiriera. Era propiedad de Transocean y había sido arrendado al grupo británico British Petroleum (BP) hasta septiembre de 2013. El 20 de abril de 2010 se presentó una gran explosión en esta plataforma que provocó su hundimiento dos días después, el derrame de 16.700 barriles de petróleo y la muerte de once personas. La compañía Transocean se encargó de detener el desastre, hasta que el 15 de julio de 2010, tras varios intentos fallidos por sellar la tubería del pozo que producía el derrame. Debido a la posición de la plataforma en el golfo de México, el vertido de petróleo afectó a más de 944 kilómetros de litoral: Luisiana (540 km.), Misisipi (180 km.), Florida (114 km.) y Alabama (110 km.). Las afectaciones se localizaron en las marismas de la desembocadura y el delta del Mississippi, en Alabama y Luisiana en donde los perjuicios a la pesca y el camarón se estiman en cifras millonarias y en Florida y Cuba cuyos daños al sector turístico son también considerables.
Un estudio publicado en Science concluye que la desaparición de la marea negra es más lenta de lo esperado, encontrándose bajo la superficie, lo que podría suponer un grave riesgo para la fauna marina. Este derrame es una clara amenaza a la biodiversidad de la región, en la cual habitan miles de especies marinas (peces, tortugas, delfines, ballenas y pelicanos). Las imágenes MODIS, propiedad de la NASA con una periodicidad diaria, fueron de gran utilidad para el monitoreo de uno de los más importantes derrames de petróleo en el mundo.
Imagen MODIS del 25 de abril de 2010 que muestra la magnitud del derrame petrolero
Imagen MODIS del 4 de mayo de 2010 que muestra el avance del derrame petrolero
Imagen MODIS del 7 de junio de 2010 que muestra el avance y zona de afectación del derrame petrolero.
ESTUDIOS LOCALES Inundación en el estado de Tamaulipas en el 2009
Imagen del huracán ALEX tomada por el satélite GOES el 30 de junio de 2010. Autor NOAA
Imagen de la ciudad de Tampico, Tamaulipas el 27 de julio de 2010. Fuente: el-mexicano.com.mx
Alex, el primer ciclón tropical de la temporada de huracanes en el Atlántico de 2010, tocó tierra con la categoría 2 en el municipio de Soto la Marina, Tamaulipas el 30 de junio. No obstante que unas horas después de su entrada en tierra se debilitó a la categoría 1, trajo consigo vientos de 165 km/h y lluvias torrenciales en toda la región. La Comisión Nacional del Agua (Conagua) indicó que los acumulados de lluvia que dejó la tormenta excedieron largamente los producidos por el huracán Gilberto en 1988. En el estado de Tamaulipas, se registraron lluvias que variaron entre los 91.25 y los 315.50 mm. La histórica cantidad de agua provocó severas, inundaciones fluviales y pluviales, así como las avenidas en el afluente
de la Cuenca del Río Panuco, durante el periodo del 23 de julio al 31 de julio del presente año. La situación alcanzó tal gravedad que el 3 de agosto la Secretaría de Gobernación declaró como zona de desastre a los Municipios de Ciudad Madero, Tampico, Altamira y González, para que de acuerdo a las reglas de operación del Fondo de desastres Naturales (FONDEN), reciba apoyos económicos del gobierno federal.
Imagen SPOT multiespectral del 8 de noviembre de 2009 que muestra el curso del Río Pánuco por los municipios de Altamira en Tamaulipas y Pánuco en Veracruz
Imagen SPOT multiespectral del 8 de noviembre de 2009 que muestra tierras de cultivo en las márgenes del Río Pánuco en el municipio de Altamira en Tamaulipas
Imagen SPOT multiespectral del 31 de julio de 2010 que muestra las inundaciones producidas por el Río Pánuco que afectaron tierras de los municipios de Altamira en Tamaulipas y Pánuco en Veracruz
Imagen SPOT multiespectral del 31 de julio de 2010 que muestra las tierras de cultivo inundadas por el Río Pánuco en el municipio de Altamira en Tamaulipas
Otros ejemplos de aplicaciones de imágenes en México
Beneficios y problemática del uso de las Imágenes La Estación de Recepción México de la Constelación SPOT ERMEXS Uso de Imágenes SPOT Multiespectrales Aplicaciones de las imágenes en el Centro Geo
Ing. Alejandro Franco Villareal Biól. Arturo Victoria Dra. Alejandra Aurelia López Caloca
OEIDRUS NL INEGI CentroGeo
Geóg. Jorge Enrique Brena Zepeda Lic. Sergio Fideicomiso para el Desarrollo Regional Centro País Hernández Maldonado Ing. Israel Aplicación de las Imágenes Satelitales SPOT en la Beltrán edición de la Cartografía Náutica Nacional Hernández LI. German Usos Prácticos de las Imágenes SPOT en la Sánchez Agricultura Altamirano Estimación simplificada de la amenaza por incendios Ing. Oscar forestales Zepeda Ramos Geóg. Roberto Usos y Aplicaciones de las Imágenes SPOT para la de Jesús generación de Información Estadística Agroalimentaria Márquez La antena receptora de Imágenes de Satélite en Chetumal, Q. Roo Dra. Lourdes El Colef como usuario de las imágenes SPOT Romo Aguilar Ing. Francisco Uso de las Imágenes Satelitales SPOT en el monitoreo Gabriel Vázquez de predios apoyados por ASERCA Galicia Lic. Eduardo Atlas de Vegetación y Uso del Suelo del D.F. González Hernández Aplicaciones de las imágenes de satélite SPOT en la Ing. Raúl Larios Comisión Nacional del Agua Malanche Geóg. Lázaro Tecnología SPOT: Experiencia en el Estado de México Mejia Arriaga Uso de Imágenes de Satélite en la Adecuación del Lic. Mario Marco Geoestadístico y en el Sistema Cartográfico Chavarria implementado para la Planeación y Levantamiento del Espinosa Censo Aagropecuario 2007 Usos de las imágenes provenientes de la Estación de Geóg. Ascención Recepción México de la Constelación Spot (ERMEXS). Merino Margarita M.C.Felipe Implementación del Sistema ODAS (Online DIMAP Pedraza Access System), con la Base de Datos ERMEXS Oropeza Descripción de la cobertura del terreno e inventarios Dr. Alejandro forestales en Chiapas Fidel Flamenco Estación de Recepción México de la Constelación Ing. Luis Arturo SPOT Cabrera López Beneficios para el Servicio Geológico Mexicano de la Ing. Ricardo ERMEXS Maya Ramos Empleo de las Imágenes proporcionadas por la ERMEX en el IMTA
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua FIDCENTRO Secretaría de Marina - Armada de México OEIDRUS Guanajuato CENAPRED SIAP
Colegio de la Frontera Norte SAGARPA OEIDRUS DF. CONAGUA Gobierno del Estado de México INEGI CONABIO Colegio de Postgraduados Colegio de la Frontera sur SEMARNAT Secretaría de Economía
